PDF《博士学位论文公示材料》

―1― 博士学位论文公示材料 学生姓名 娄振宁 学号 二级学科 冶金物理化学 导师姓名 翟玉春 论文题目 高硫铝土矿活化焙烧提铝的基础研究 论文研究方向 资源综合利用 论文关键词 高硫铝土矿;

硫酸;

硫酸氢铵;

活化焙烧;

吸附;

分离 论文摘要(中文) 高硫铝土矿是我国已发现的铝土矿资源中占比非常大的一种铝矿物.

纵观这些年围绕高硫铝土矿 的开发利用研究,主要是针对如何降低高硫铝土矿中的硫含量.目前的脱硫方法主要有浮选脱硫、焙 烧脱硫、选矿脱硫、生物脱硫、电解脱硫等,但是上述脱硫方法都不同程度的存在着各种问题,有的 能耗高、有的效果不名显、有的成本高等均难以实现工业化.本论文以实现高硫铝土矿资源的综合利 用为出发点,鉴于一水硬铝石型铝土矿难浸出的特点,提出用硫酸或硫酸氢铵预焙烧活化的方法,系 统的研究了两种预焙烧助剂对提铝效果的影响和焙烧机制,旨在建立一个新的温和、高效的提铝工艺;

同时针对浸出液中微量钛的去除进行了研究.具体研究结果如下: 第一,探索高硫铝土矿硫酸化焙烧和浸出最佳工艺条件.焙烧温度

350 o C、酸矿摩尔比 2.75:

1、 恒温时间

180 min,溶出液固比 6:

1、溶出温度

95 o C、溶出时间

30 min,铝的提取率可达 83.8%.通过 热力学计算的方法探讨了各物相焙烧反应的热力学规律,提出在考察的温度范围内,高硫铝土矿硫酸 化焙烧反应的优先顺序为黄铁矿优于一水硬铝石.经过焙烧动力学实验以及表观活化能的计算,判断 焙烧过程为化学反应控制. 通过铝铁共沉、 碱溶的方法实现了铝铁分离, 并分别得到相应的产物 α-Al2O3 和α-Fe2O3. 第二,为了降低硫酸化焙烧过程中产生的烟气对环境的影响,探索用酸性比硫酸弱的硫酸氢铵为 预焙烧助剂, 建立高硫铝土矿硫酸氢铵焙烧和浸出最佳工艺条件. 铵矿摩尔比为 7:1, 焙烧温度

375 o C, 恒温时间为

210 min,溶出温度

90 o C,溶出液固比 4:1,溶出时间

20 min,在此条件下铝的浸出率可达 到94%.通过热力学计算探讨了各物相焙烧反应的热力学规律,提出在考察的温度范围内,高硫铝土 矿硫酸氢铵焙烧产物生成的先后顺序为硫酸铁、硫酸铝铵、硫酸铁铵.经过焙烧、溶出动力学实验以 及表观活化能的计算,判断焙烧和浸出过程均为化学反应控制.利用铝、铁两者硫酸盐的分解温度不 同可实现两者的分离. 第三,从硫酸、硫酸铵、硫酸氢铵三种助剂的基本性质和热分解规律入手,结合高硫铝土矿和三 种助剂焙烧反应的热力学计算,对比分析了三种体系提铝效率产生差异的主要原因.硫酸体系的最佳 焙烧温度与硫酸的分解温度相接近,进一步说明焙烧温度

350 o C 后硫酸的分解是导致铝浸出率下降的 主要原因;

硫酸氢铵体系的最佳焙烧温度为

375 ℃,经过纯硫酸氢铵和硫酸氢铵与高硫铝土矿焙烧不 同温度下得到的熟料 XRD 分析,375 o C 下NH4HSO4 已全部分解成(NH4)2S2O7,所以推测 (NH4)2S2O7 起了关键性的作用,值得进一步的深入研究.并且硫酸氢铵

150 o C 会从固相转变成熔融态,焙烧反应 由固-固体系转变成固-液体系,提高了高硫铝土矿和硫酸氢铵的接触面积和颗粒间的传质速率,这些均 有利于焙烧反应的充分进行. 第四,针对高硫铝土矿焙烧熟料的浸出液中含有微量的钛,它会影响铝的溶出和后续铝制品的纯 度,因此开展了将钛从浸出液中分离去除的研究.选取绿色可降解的生物质材料柿子单宁作为分离介 质,通过化学修饰制备出选择性吸附低浓度钛的吸附剂.在pH 1.45,220 mg・ L-1 Ti(IV)-780 mg・ L-1 Fe(III)-2440 mg・ L-1 Al(III)的浸出液中,对钛的最大吸附量为 34.82 mg・ g -1 ,对铝和铁离子基本不吸附. 通过红外光谱、XPS 分析并结合量子化学计算,推测吸附剂的吸附作用位点和吸附机理,吸附机理为 吸附剂上 C=N 基团上的 N 原子与 Ti(IV)发生配位作用, 而2,3,4-三羟基苯甲醛上 2,3 位上羟基上的氢与 Ti(IV)发生阳离子交换作用.该吸附剂可以实现对高硫铝土矿浸出液中 Ti(IV)的选择性回收,为浸出液 中微量杂质的去除提供了新的方法和研究思路. ―2― 论文摘要(英文) High sulfur bauxite has a large proportion of bauxite resources in China. Research on the development and utilization of high-sulfur bauxite mainly has been focused on how to reduce the sulfur content in high sulfur bauxite. The main desulfurization methods are flotation desulfurization, roasting desulfurization, mineral separation desulfurization, biological desulfurization, electrolysis desulfurization, etc. However, there are various problems in the above desulphurization methods, such as high energy consumption, low aluminum extraction efficiency, and high cost, so it is difficult to realize industrialization. This paper focused on the comprehensive utilization of high sulfur bauxite resources. In view of the difficult leaching of diaspore bauxite, methods of pre-activation by sulfuric acid or ammonium bisulfate were proposed. The effects of two kinds of pre-roasting additives on aluminum extraction and roasting mechanism were studied in order to establish a new mild and high efficiency aluminum extraction process. At the same time, the removal of trace Titanium in leaching solution was studied. The results of the study were followed as : First, the optimum conditions for H2SO4 roasting and leaching of high sulfur bauxite were explored. 83.8% of aluminum was extracted at roasting temperature of